Спосіб очищення рідких радіоактивних відходів від органічних речовин і урану

Спосіб очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) від органічних речовин, які входять у пилопригнічуючий розчин та РРВ, і урану, де для зменшення частки вторинних відходів використовують коагулянт-флокулянт при наступному фільтруванні, при цьому на стадії очищення РРВ застосовують кремній- і алюмовмісний коагулянтфлокулянт типу "Сизол-2500" при рН 6-7 і температурі 5-30 °С при перемішуванні суміші після додавання коагулянту-флокулянту і витримуванні одержаного розчину протягом 0,5-3 годин та фільтруванні на мембрані з розміром пор 0,2-3 мкм. Винахід належить до способів очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) від урану і органічних речовин і може бути використаний для очищення РРВ від важковидаляємих полімерних речовин та інших органічних речовин і від урану при вагомому зниженні частки вторинних відходів. Існує спосіб очищення стічних вод нафтопереробних заводів з використанням кремній- і алюмовмісного коагулянта-флокулянта типу «Сизол2500» [1]. При флотаційному очищенні при дозуванні 0,5-0,6 мл 2,26 % розчину реагенту «Сизол2500» (кількість оксиду кремнію і алюмінію в розчині становить 2,26 %) на 1 дм3 стічних вод відбувається зниження хімічної потреби в кисні (ХПК) від 513 до 256-393 мгО2/дм3. Недоліком застосування цього методу є недостатньо повне очищення від органічних речовин (гексанорозчинних речовин). Найближчим аналогом до винаходу за технічною сутністю та результатами, що досягаються, є спосіб очищення РРВ шляхом реагентної обробки вапняним молоком, хлоридом заліза (III), поліакриламідом [2]. Недолік застосування такого методу є у недостатньому очищенні від урану і від органічних речовин. Так, при реагентній обробці РРВ концентрація урану зменшується від 16140 до 9512 мг/дм3 (ступінь очищення 41,1 % мас), а ХПК змінюється від 2100-2500 до 1000-1200 мгО2/дм3 (ступінь очищення 42,9-60 % мас). Частка згущеної суспензії (вторинних відходів) становить приблизно 6 % від загального об'єму РРВ. Метою цього винаходу є створення ефективного способу очищення РРВ від органічних речовин і урану при зменшенні частки вторинних відходів. Поставлене завдання вирішується тим, що за способом очищення РРВ від органічних речовин, які входять у пилепригнічуючий розчин та РРВ, і урану, у якому для зменшення частки вторинних відходів, використовують коагулянт-флокулянт при наступному фільтруванні, і, згідно із запропонованим винаходом, для очищення РРВ застосовують кремній- і алюмовмісний коагулянт-флокулянт типу «Сизол-2500» при рН 6-7, температурі 5-30 °С, перемішуванні суміші після додавання коагулянтуфлокулянту та витримці одержаного розчину протягом 0,5-3 годин і фільтруванні на мембрані з розміром пор 0,2-3 мкм. Для підтвердження можливостей здійснення винаходу використовують: 1 - модельний пилепригнічуючий розчин. У концентрат пилепригнічуючого розчину (23 % мас) входять полімерна речовина (19) UA (11) 91810 (13) C2 (21) a201000465 (22) 18.01.2010 (24) 25.08.2010 (46) 25.08.2010, Бюл.№ 16, 2010 р. (72) РУДЕНКО ЛЕОНІД ІВАНОВИЧ, ХАН ВАЛЕРІЙ ЄН-ІЛЬЄВИЧ, ГУМЕННА ОЛЕСЯ АНАТОЛІЇВНА, КАШКОВСЬКИЙ ВОЛОДИМИР ІЛЛІЧ, ДЖУЖА ОЛЕГ ВІТАЛІЙОВИЧ, ГОРБЕНКО ВІКТОР МИКОЛАЙОВИЧ, ЗУБЕНКО ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ БІООРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ТА НАФТОХІМІЇ НАН УКРАЇНИ, ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA, 27863 U, G21F9/04, 9/00, публ. 26.11.2007. UA, 28405 U, G21F9/00, публ.10.12.2007. RU, 2144225 C1, G21F9/04, 9/10, B01D61/14, публ. 10.01.2000. 3 91810 силаксинакрилатне зв'язуюче (~ 50 % мас), решта - нейоногенна поверхнево-активна речовина (ПАР) ОП-7, гліцерин, щавелева, олеїнова і оксиетилендифосфонова кислоти та етиловий спирт; 2 - РРВ, в яких є солі, ПАР, плівко- і комплексотвірні речовини, мінеральні мастила та інші органічні сполуки і продукти їх деструкції. Вміст урану становив 1234 мг/дм3, а їх рН 9,03-9,18. Уран визначали фотометричним методом у вигляді комплексу уранілу з арсеназо III на фотометрі КФК-2 при довжині хвилі 670 нм. Визначення органічних і полімерних речовин у вихідному розчині і у фільтраті знаходили по методу біхроматного окиснення (ХПК) [3]. Запропонований спосіб очищення здійснюється таким чином. 4 Приклад 1. Визначали можливість очищення модельного розчину пилепригнічуючого розчину (ППР) (0,17 % мас) з використанням розчину Сизолу (6,5 % мас). Попередніми дослідами було визначено, що оптимальне значення рН модельного розчину, при якому відбувається максимальне розділення ППР на осад і освітлену рідину, становить 6-7. В таблиці 1 подано вплив кількості доданого Сизолу (6,5 % мас) до 1 дм3 ППР при рН 6 на величину ХПК отриманого фільтрату і масу сухого залишку осаду органічних речовин і коагулянтуфлокулянту після фільтрування на паперовому фільтрі з розміром пор більше 3 мкм. Маса сухого залишку осаду визначалась випарюванням осаду після фільтру при температурі 105 °С у розрахунку на 1 дм3 ППР і частки сухого залишку осаду. Таблиця 1 Вплив кількості доданого Сизолу (6,5 % мас) до 1 дм3 ППР на величину ХПК отриманого фільтрату, масу сухого залишку осаду і частки сухого залишку осаду Кількість доданого Сизолу, мл на 1 дм3 ППР ХПК фільтрату, мгО2/дм3 0 20 25 30 2400 600 460 320 Маса сухого залишку осаду, г в розрахунку на 1 дм3 ППР 1,16 1,27 1,28 При кількості доданого Сизолу 20-30 мл водного розчину на 1 дм3 ППР ХПК фільтрату зменшується від 2400 до 320-600 мгО2/дм3 при частці сухого залишку осаду 0,116-0,128 %. Приклад 2. Визначали можливість очищення модельного ППР (0,17 % мас) з використанням розчину Сизолу (6,5 % мас) при вмісті солей Частка сухого залишку осаду, % 0,116 0,127 0,128 NaNO3 - 29 г/дм3, NaCl - 1 г/дм3, Na2HPO4 - 0,1 г/дм3. В таблиці 2 подано вплив рН розчину, кількості доданого Сизолу (6,5 % мас) до 1 дм3 ППР на величину ХПК отриманого фільтрату та масу сухого залишку осаду органічних речовин і коагулянтуфлокулянту і частка сухого залишку осаду по методиці, яка була описана у прикладі 1. Таблиця 2 Вплив рН розчину, кількості доданого Сизолу (6,5 % мас) до 1 дм3 ППР на величину ХПК отриманого фільтрату, масу сухого залишку осаду і частки сухого залишку осаду Маса сухого залишку осаду, г в розрахунку на 1 дм3 ППР pH Кількість доданого Сизолу, мл на 1 дм3 ППР ХПК фільтрату, мгO2/дм3 10,4 5,10,15,20,25,30 Розділення ППР на осад і освітлений розчин не відбувається 2400 700 320 200 6,54 0 20 25 30 У лужному середовищі ППР не розділяється на осад і освітлений розчин. Інша ситуація спостерігається при рН ~7. ППР розділюється на згущену суспензію і освітлений розчин. Потім ППР фільтрується на паперовому фільтрі. При кількості доданого розчину Сизолу 20-30 мл на 1 дм3 ППР ХПК отриманого фільтрату зменшується від 2400 Частка сухого залишку осаду, % 1,94 2,32 2,37 0,194 0,232 0,237 до 200-700 мгО2/дм3 при частці сухого залишку осаду 0,194-0,237 %. Співставлення даних таблиць 1 і 2 свідчить, що при збільшенні вмісту солей від 0 до 30,1 г/дм3, частка сухого залишку осаду збільшується у 1,651,85 рази від 0,116-0,128 до 0,194-0,237 %. Приклад 3. Очищення РРВ з об'єкту «Укриття» Чорнобильської АЕС з внутрішніх приміщень 001/3 5 91810 (точка відбору 30) і 012/5 (точка відбору 31). Схема внутрішніх приміщень і точок відбору проб наве 6 дені в статті [4]. Характеристики зразків РРВ приведені в таблиці 3. Таблиця 3 Характеристики зразків РРВ Приміщення рН ХПК, мгО2/дм3 001/3 012/5 9,03 9,18 2520 2100 У РРВ знаходяться неорганічні солі, силаксинакрилатне зв'язуюче, йоногенне ПАР ОП-7 та інші компоненти ППР, мінеральні мастила та інші органічні сполуки. До 1 дм3 РРВ з приміщення 001/3, що містить 12 мг урану (таблиця 4), добавляють азотну кислоту для досягнення рН розчину 6. Потім при температурі 30 °С додають 20 мл водного розчину Сизолу-2500 (6,5 % мас) (таблиця 4, пункт 1). Отриманий розчин перемішують і витримують 1 годину. Після додавання Сизолу на дні ємності і на поверхні рідини з'являється осад. Потім цю суспензію поміщають у друк-фільтр і фільтрують на мембрані з розміром пор більше 3 мкм. В фільтраті визначають ХПК. Осад на фільтрі направляють на визначення маси сухого залишку осаду і частки сухого залишку осаду по методиці, наведеній у прикладі 1. До 1 дм3 РРВ з приміщення 001/3, що містить 12 мг урану (таблиця 4), додають азотну кислоту до рН 7. Потім при температурі 30 °С додають 30 мл водного розчину Сизолу-2500 (6,5 % мас) (таблиця 4, пункт 2). Отриманий розчин перемішують і витримують 3 години. У рідині на дні і на поверхні утворюється осад. Потім суспензію фільтрують на мембрані з розміром пор 0,2 мкм. Визначають ХПК фільтрату та інші показники цього процесу по методиці приведеній у прикладі 1. До 1 дм3 РРВ з приміщення 001/3, що містить 12 мг урану (таблиця 4), додають насичений розчин вапняного молока до досягнення рН розчину 10-11, потім 600 мг FeCl3 і 0,6 мг поліакриламіду (ПАА) (таблиця 4, пункт 3) (прототип). Отриманий розчин перемішують і витримують 1 добу. На дні рідини утворюється осад. Частка згущеної суспензії становить 5,2 % мас від загальної маси РРВ. Визначають ХПК фільтрату після розділення рідини на мембрані з розміром пор 0,2 мкм та інші показники цього процесу по методиці приведеній у прикладі 1. Концентрація урану, мг/дм3 12 34 Активність, Бк/дм3 90 Cs Sr 9,3·106 2,7·106 4,2·107 5,2·106 137 До 1 дм3 РРВ з приміщення 012/5, що містить 34 мг урану (таблиця 4), добавляють азотну кислоту до досягнення рН розчину 6. Потім при температурі 10 °С додають 20 мл водного розчину Сизолу-2500 (6,5 % мас) (таблиця 4, пункт 4). Отриманий розчин перемішують і витримують 2 години. Після добавляння Сизолу на дні ємності і на поверхні рідини з'являється осад. Потім цю суспензію поміщають у друк-фільтр і фільтрують на мембрані з розміром пор більше 3 мкм. В фільтраті визначають ХПК. Осад на фільтрі направляють на визначення маси сухого залишку і частки сухого залишку осаду по методиці, приведеній у прикладі 1. До 1 дм3 РРВ з приміщення 012/5, що містить 34 мг урану (таблиця 4), добавляють азотну кислоту до досягнення рН розчину 7. Потім при температурі 20 °С додають 30 мл водного розчину Сизолу-2500 (6,5 % мас) (таблиця 4, пункт 5). Отриманий розчин перемішують і витримують 0,5 годин. Після добавляння Сизолу на дні ємності і на поверхні рідини утворюється осад. Потім суспензію поміщають у друк-фільтр і фільтрують на мембрані з розміром пор 0,2 мкм. Визначають ХПК фільтрату та інші показники цього процесу по методиці наведеній у прикладі 1. До 1 дм3 РРВ з приміщення 012/5, що містить 34 мг урану (таблиця 4), додають насичений розчин вапняного молока до досягнення рН розчину 10-11, потім 600 мг FeCl3 і 0,6 мг поліакриламіду (ПАА) (таблиця 4, пункт 6). Отриманий розчин перемішують і витримують 1 добу. На дні рідини утворюється осад. Частка згущеної суспензії становить 5,8 % мас від загальної маси РРВ. Визначають ХПК фільтрату після розділення рідини на мембрані з розміром пор 0,2 мкм та інші показники цього процесу по методиці, приведеній у прикладі 1. 7 91810 8 Таблиця 4 Вплив рН розчину, кількості добавленого Сизолу (6,5 % мас) або реагентної обробки по прототипу 3 на 1 дм РРВ на ХПК та концентрацію урану в фільтраті і масу (частку) сухого залишку осаду № рH Об'єм добавленого Сизолу, мл на 1 дм3 РРВ 1 6 20 2 3 7 10-11 30 4 6 20 5 6 7 10-11 30 Реагентна обробка РРВ по прототипу Приміщення 001/3 (точка відбору 30 -//Насичений розчин вапняного молока 7-8 мл, FeCl3 - 600 мг, ПАА - 0,6 мг. Відстоювання суспензії - 1 доба Приміщення 012/5 (точка відбору 31) -//Насичений розчин вапняного молока 7-8 мл, FeCl3 - 600 мг, ПАА - 0,6 мг. Відстоювання суспензії -1 доба Аналіз даних таблиці 4 свідчить, що запропонований нами спосіб очищення РРВ має значні переваги порівняно з аналогом і прототипом. При менших затратах добавленого реагенту в порівнянні з прототипом досягається значно більш ефективне очищення від органічних речовин, у тому числі, і від полімерного продукту - силаксинакрилатного зв'язуючого та інших важковидаляємих речовин (йоногенних ПАР, мінеральних мастил та інших сполук) і -випромінюючого радіонукліда урану. Значною перевагою використання Сизолу є вагоме зниження частки вторинних відходів - маси сухого залишку осаду у г в розрахунку на 1 дм3 РРВ і частки сухого залишку осаду у відсотках. Запропонований спосіб очищення РРВ має суттєве значення для ДСП «Чорнобильська АЕС», тому що він дозволяє одержати на об'єкті «Укриття» попереднє очищення РРВ від важковидаляємих полімерних речовин та інших органічних речовин і від урану при вагомому зниженні частки вторинних відходів. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко ХПК фільтрату, мгО2/дм3 (ступінь очищення, %) 317 (87,4) Маса сухого Концентрація ура- залишку осаду, ну в фільтраті, г в розрахунку мг/дм3 (ступінь на 1 дм3 (частка очищення, %) сухого залишку осаду, %) 2,7 (77,5) 0,359 (0,0359) 270 (89,3) 2,8 (76,7) Прототип 0,371 (0,0371) 1440 (42,9) 6,96 (42,0) 5,2 (0,52) 40 (98,1) 9,2 (72,9) 0,305 (0,0305) 35 (98,3) 9,5 (72,1) Прототип 0,300 (0,0300) 1084 (51,6) 20,7 (39,1) 5,8 (0,58) Перелік посилань: 1. Кашковський В.И., Войновский В.В., Зубенко А.В. Реагентная очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов /http://waste.com.ua/cooperation/2008/theses/kashko vskiy2.html. 2. Руденко Л.И., Скляр В.Я., Хан В.Е. Очистка жидких радиоактивных отходов из объекта «Укрытие» от трансурановых элементов, Sr и излучателей // Радиохимия.- 2004.- 46, № 2.- С. 184-187. 3. Унифицированные методы анализа вод /Под ред. Ю.Ю. Лурье. -Москва: Химия, 1971.-376 с. 4. Корнеев А.А., Криницын А.П., Стрихарь О.Л., Щербин В.Н. Жидкие радиоактивные отходы внутри объекта «Укрытие» //Радиохимия. -2002.44, № 6.- С.545-552. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601